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研究生： 陳孟賢
論文名稱： 利用電漿浸沒式離子佈植技術於 AISI 304 不□鋼上生成類鑽碳膜之研究
指導教授： 梁正宏
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 74
中文關鍵詞： 電漿浸沒式離子佈植 、類鑽碳膜
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    • 本論文研究係利用電漿浸沒式離子佈植技術於 AISI 304 不□鋼上生成類鑽碳膜。生成類鑽碳膜時分為兩個步驟，分別是佈植步驟以及鍍膜步驟，而其所探討的製程參數包括：佈植能量（0、10、與 20 kV）；鍍膜能量（1、1.3、1.6、與 2 kV）以及鍍膜氣壓（1、2、與 3 mTorr），並分別使用拉曼光譜儀、輝光放電分光儀、原子力顯微鏡、奈米壓痕儀、以及洛氏硬度機等量測儀器，來分析不同製程參數對於生成類鑽碳膜的特性影響。研究的結果顯示：（一）在合成類鑽碳膜之前，先行利用高能量的甲烷離子佈植，可以增加介面層的厚度，並且可以有效提升鍍膜與基材間的附著力，但因鍍膜過程的參數並未改變（如鍍膜能量、鍍膜氣壓），因此，在改變佈植能量時所生成的類鑽碳膜，其結構以及硬度並未呈現明顯的改變；（二）當隨著鍍膜能量的增加時，因為局部熱退火效應的隨之增加，導致其所生成的類鑽碳膜呈現相當的石墨化傾向，使得類鑽碳膜中的石墨微晶增加，造成 sp2 鍵結結構增加、硬度下降，而表面擴散效應大於濺射移除效應，使得粗糙度增加，同時，也因為釋放了薄膜中的應力，強化了類鑽碳膜與基材之間的附著力；（三）在改變鍍膜氣壓部分，由於氫離子具有抑制 sp2 鍵結結構的成長以及穩定 sp3 鍵結結構的特性，因此隨著鍍膜氣壓的增加（氫離子濃度增加）時，其所生成的類鑽碳膜呈現 sp3 鍵結結構增加、硬度增加、粗糙度降低的傾向，而sp3 鍵結結構的增加導致了薄膜中的應力增加，因而造成類鑽碳膜與基材之間的附著力變差。

    目錄 摘要 誌謝 圖目錄 ……………………………………………………………… Ⅴ 表目錄 ………………………………………………………………Ⅷ 第一章 前言 ………………………………………………………… 1 第二章 文獻回顧 …………………………………………………… 4 2.1 合成技術 …………………………………………………... 4 2.2 類鑽碳膜 …………………………………………………... 5 2.3 類鑽碳膜的拉曼光譜儀分析 ……………………………... 8 第三章 實驗方法 ………………………………………………… 12 3.1 試片製備 ………………………………………………….. 12 3.1.1 系統簡介 ...………………………………………… 12 3.1.2 電漿產生原理 …..………………………………… 13 3.1.3 運轉參數 …...……………………………………… 15 3.1.4 試片前清洗 ...……………………………………… 15 3.1.5 合成類鑽碳膜 .……………………………………… 16 3.2 特性分析 …………………………………………………. 17 3.2.1 拉曼光譜儀 …..…………………………………….. 17 3.2.2 輝光放電分光儀 …………………………………… 19 3.2.3 原子力顯微鏡 ……………………………..……… 20 3.2.4 奈米壓痕儀 ………………………….……..……… 23 3.2.5 洛式硬度機 ………………………….……..……… 24 第四章 結果與討論 ……………………………………………… 36 4.1 改變佈植能量 ……………………………………………… 36 4.1.1 拉曼光譜儀分析 ………………..………………… 36 4.1.2 碳及鐵原子縱深分佈 ……………………………… 37 4.1.3 表面硬度分析 ……………………………………… 37 4.1.4 附著力分析 ………………………………………… 38 4.2 改變鍍膜能量 ……………………………………………… 38 4.2.1 拉曼光譜儀分析…………...………………………… 38 4.2.2 表面型態分析 ………………………….…………… 39 4.2.3 表面硬度分析 ……………………………………… 40 4.2.4 附著力分析 ………………………………………… 41 4.3 改變鍍膜氣壓 ……………………………………………… 42 4.3.1 拉曼光譜儀分析…………...………………………… 42 4.3.2 表面型態分析 ………………………….…………… 43 4.3.3 表面硬度分析 ……………………………………… 43 4.3.4 附著力分析 ………………………………………… 44 第五章 結論與建議 ……………………………………………… 67 5.1 改變佈植能量…………………………………………...… 67 5.2 改變鍍膜能量……………………………………………… 67 5.3 改變鍍膜氣壓…………………………………………...… 67 5.4 建議 ……………………..………………………………… 68 參考文獻 ………………………………………………………………70

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